РОЗДІЛ 2
ЧАСТОТНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ЯК ОПЕРАТОРНЕ ЗОБРАЖЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ІЗОЛЯЦІЇ ТРАНСФОРМАТОРА НАПРУГИ НОМ-10
2.1. Постановка задачі
Для адекватної оцінки впливу внутрішніх перенапруг на ізоляцію електричних машин і трансформаторів давно виникла потреба в синтезі математичних моделей ізоляції які б відображали розподіл напруг на окремих елементах ізоляційних конструкцій в тих чи інших режимах роботи обладнання. У звіті об'єднаної робочої групи CIGRE JWG A2-A3-B3.21 за 2005 рік [2] звертається увага на те, що для аналітичного визначення значення внутрішніх перенапруг на елементах конструкції трансформаторів вцілому, необхідне дуже детальне моделювання обмоток разом з обов'язковим врахуванням шляхів проходження електромагнітних хвиль в ізоляції трансформаторів, а також відтворення в моделі явища згасання цих хвиль на різних частотах.
Для досліджень автором було обрано вимірювальний трансформатор напруги типу НОМ-10 - другий за поширеністю у вітчизняних розподільчих мережах 6-10 кВ [1] та одночасно найпростіший за конструкцією [73].
Метою досліджень є:
* формулювання загальних підходів до синтезу математичних моделей ізоляції трансформаторів напруги (на прикладі НОМ-10) з врахуванням усіх сучасних вимог щодо їх інформативності, прикладного застосування та адекватності отриманих результатів;
* вибір методики та обладнання для проведення необхідних експериментів;
* визначення експериментальним шляхом власних частот коливань вимірювальних трансформаторів напруги типу НОМ-10.
2.2. Обґрунтування розрахункових схем одержання експериментальних частотних характеристик ТН типу НОМ-10
За наявності вимірювальних трансформаторів напруги подібність процесів в електричній системі із процесами в схемах, що її відображають та складаються з найпростіших елементів, можна розглядати по-різному.
Досі в більшості випадків під час досліджень режимів електричних систем обмежувались синтезом моделі для вивчення якоїсь однієї сторони проблеми чи задачі. При такому підході до моделювання, як правило, знімається питання просторових розмірів трансформатора напруги і впливу геометричних співвідношень та конструкцій на електричні параметри та процеси.
До умов подібності в такому випадку будуть входити лише параметри трансформатора напруги, що розглядаються, як зосереджені [74,75]. У випадку задачі дослідження поведінки трансформатора при хвильових процесах - в умови подібності вже необхідно враховувати розподілені параметри та в критеріях подібності повинен фігурувати хоч один геометричний розмір [74,76].
Встановлення співвідношень між параметрами подібних явищ у випадку аналогії, як і за фізичної подібності базуються на перших двох основних теоремах подібності [77]. Ці теореми встановлюють, що в подібних явищах завжди існують деякі взаємозв'язки між величинами, що характеризують явища.
Перша теорема подібності твердить, що у природі існують подібні явища і що для цих подібних явищ критерії подібності чисельно одинакові.
Друга ж теорема говорить про те, як встановити критерії подібності.
Під критеріями подібності розуміють [74] деяке поєднання величин, що характеризують процес. Критерії подібності складаються з поточних і початкових змінних величин - параметрів режиму та постійних параметрів, що характеризують дану систему [74]. При цьому під незалежними критеріями подібності розуміють такі критерії, які не можна отримати один з іншого шляхом елементарних математичних операцій (ділення, піднесення до степеня і т.д.).
Із врахуванням сучасних вимог [2] - необхідне відображення на моделі електромагнітних явищ із врахуванням процесів, що відбуваються в просторі та часі. Необхідно знайти умови, що забезпечать подібність в розподілі електромагнітних полів в елементах ізоляційної конструкції трансформатора і в просторі біля трансформатора.
До умов подібності повинні увійти параметри, що характеризують матеріал, з якого виготовлено деталі трансформатора напруги, і його геометричні розміри.
В початкових і граничних умовах слід відтворити стан приєднаних до обмоток трансформатора напруги зовнішніх контурів (величина і форма ЕРС, момент ввімкнення цієї ЕРС, характер навантаження і т.д.). Подібність в такому вигляді буде найповнішою і забезпечить можливість дослідження ізоляційної конструкції трансформатора напруги та вплив його конструкції на електричні параметри та поведінку трансформатора за будь-яких змін ЕРС.
Перевагою такої моделі буде можливість дослідження поведінки ТН за дії хвильових процесів і падінні на ізоляцію його обмотки хвиль з крутим фронтом. Звичайно, на синтезованій моделі можна буде досліджувати також квазістаціонарні та стаціонарні процеси.
Критерієм подібності, що характеризує матеріали та конструктивні особливості трансформатора напруги є значення комплексного опору різних елементів ізоляційної конструкції, а точніше його залежність від частоти (форми) прикладеної ЕРС.
Під час синтезу адекватної до реального об'єкту моделі, приймемо відому тезу про те, що параметри, які характеризують конкретний тип ізоляції електрообладнання, до початку виникнення незворотних процесів в ізоляції лінійні [78-80].
ТОЕ [72] стверджує, що часові характеристики параметрів режиму реального лінійного об'єкту і його моделі будуть ідентичними, якщо їх частотні характеристики збігаються. Враховуючи те, що ми маємо справу з конкретними об'єктами, конструктивні дані яких можуть бути невідомі, експериментально властивості об'єкту можна отримати шляхом зняття частотних характеристик. Тоді задачею моделювання буде синтез таких схем, які максимально точно відтворювали б частотну характеристику об'єкта.
Викладені вище підходи до синтезу моделі формально гарантують повну ідентичність параметрів режиму на виводах багатополюсника, яким є модель, і, наприклад, на провідному зонді всередині об'єму ізоляційної конструкції реального трансформатора напруги.
Вимірявши частотну характеристику об'єкта і синтезувавши по цій харак